JP2016013647A - トーピードが設けられた溶融材料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶融材料供給部材の前方の流路の断面積を狭くするトーピードが設けられた溶融材料供給装置において、複数の流路からの溶融材料が合流して混練が良好になるようにした溶融材料供給装置を提供する。
【課題を解決するための手段】 溶融材料供給装置１２は、加熱筒１６内に設けられた溶融材料供給部材２２の前方の流路の断面積を狭くするトーピード２８が設けられた溶融材料供給装置１２において、前記トーピード２８は溶融材料供給部材２２の側に凹部２９が形成され、前記凹部２９に連通して前記トービート２８の内部に形成される内部流路３１と、前記トーピード２８の外周側に形成される外周流路３２とが少なくとも一部において並行して設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、トーピードが設けられた溶融材料供給装置に関するものである。

従来、トーピードが設けられた溶融材料供給装置としては特許文献１および特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献１は、最も一般的な形状のトーピードであって両側端部が尖がった紡錘形状をしている。トーピードの役割は、特許文献１の明細書の（０００７）にも記載されるように流動経路の断面積を小さくすることで樹脂材料のせん断速度を速くし、樹脂溶融の溶融を良好にするものである。

しかしながら特許文献１は、トーピードの外側を溶融材料が通過していくのみであるので、断面積は減少による溶融効果はあるが、溶融材料の混練の点ではほとんど効果がない。前記のものに対して、特許文献２はノズルに挿嵌されたトーピードは、入口１４から供給口９，１０を通過した材料が凹部を流れて排出口１１，１２を通過して出口１５へ流動するように設けられている。そのため圧力損失を過度に増加させることなく溶融樹脂の混練状況を改善することが可能と記載されている。

特開２００５−１１９２７７号公報（請求項１、０００７、図５） 特開平１１−３４１０８号公報（請求項１、００１０、図２）

しかしながら特許文献２のトーピードも外側と内側の樹脂の流れが合流するわけではないので、溶融材料の混練がそれほど良好というわけではない。また特許文献２はノズルに設けられるものであり、加熱筒内に設けられることは想定されていないので、加熱筒との関係は何も記載されていない。

本発明では上記の問題を鑑みて、溶融材料供給部材の前方の流路の断面積を狭くするトーピードが設けられた溶融材料供給装置において、複数の流路からの溶融材料が合流して混練が良好になるようにした溶融材料供給装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の溶融材料供給装置は、加熱筒内に設けられた溶融材料供給部材の前方の流路の断面積を狭くするトーピードが設けられた溶融材料供給装置において、前記トーピードは溶融材料供給部材の側に凹部が形成され、前記凹部に連通して前記トービートの内部に形成される内部流路と、前記トーピードの外周側に形成される外周流路とが少なくとも一部において並行して設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の溶融材料供給装置は、請求項１において、前記内部流路の少なくとも一部は前記外周流路に接続されることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の溶融材料供給装置は、請求項１または請求項２において、前記溶融材料供給部材の先端の円錐部はトーピードの凹部に挿入可能であることを特徴とする。

本発明の溶融材料供給装置は、加熱筒内に設けられた溶融材料供給部材の前方の流路の断面積を狭くするトーピードが設けられた溶融材料供給装置において、前記トーピードは溶融材料供給部材の側に凹部が形成され、前記凹部に連通して前記トービートの内部に形成される内部流路と、前記トーピードの外周側に形成される外周流路とが並行して設けられているので、溶融材料の混合が良好になる。

本発明の実施形態の溶融材料供給装置の要部の拡大断面図である。 本発明の実施形態の溶融材料供給装置の応用例の要部の拡大断面図である。 本発明の実施形態の溶融材料供給装置の更に別の応用例の要部の拡大断面図である。 本発明の別の実施形態の溶融材料供給装置の要部の拡大断面図である。

本発明の溶融材料供給装置について図１を参照して説明する。一例として本実施形態の溶融材料供給装置は、射出成形機１１の射出装置１２である。また射出成形機１１は射出装置１２の前方に型締装置１３が設けられ、その金型１４（固定金型）にノズル１５がタッチされるようになっている。射出装置１２については加熱筒１６の後方部近傍にハウジング部１７が設けられ、ハウジング部１７には材料供給孔１８や供給装置１９が設けられている。また加熱筒１６は軸方向に向けて内孔１６ａが設けられ、外周には各ゾーン毎に温度制御可能なヒータ２０が設けられている。また加熱筒１６の前方にはシリンダヘッド部２１が固定されている。シリンダヘッド部２１の内側面２１ａはテーパー状に縮径され、後部の大径部は加熱筒１６の内孔１６ａに接続され、前部の小径部はノズル１５のノズル孔１５ａに接続されている。本発明ではシリンダヘッド部２１も含めて加熱筒と称し、その内部の空洞部を加熱筒内と称する。また加熱筒１６は、ノズル１５側を前方と称し、ハウジング部１７を後方と称す。

加熱筒１６の内孔１６ａにはスクリュ２２が設けられている。スクリュ２２は図示しない計量用モータにより回転可能に設けられ、また図示しない射出用モータにより前後進移動可能に設けられている。スクリュ２２の形状は、後方から順にフィードゾーン２３、コンプレッションゾーン２４、メタリングゾーン２５と軸部が太くなるように形成されている。スクリュ２２のフライトは同じピッチに形成されている。スクリュ２２の圧縮比については、これに限定されるものではないが、１．０〜２．０と比較的圧縮比を低くして、せん断力を小さくして繊維材料を用いる場合には切断を防止することが望ましい。またスクリュ２２は、サブフライト等の別のフライトのあるものや、細かい凹凸が形成されたミキシングゾーンが設けられたものでもよい。更にまた加熱筒１６の内部は、材料供給孔１８、加熱筒１６の中部ゾーン等から真空ポンプにより真空吸引されるようにしたものや窒素ガスを供給するようにしたものでもよい。

またスクリュ２２の前方には逆流防止弁２６がスクリュ２２の軸部に対して前後進可能に設けられ、逆流防止弁２６が前方に移動した際には溶融材料が移動可能であり、逆流防止弁２６が後方に移動した際には溶融材料が前方から後方へ移動不可能となるようになっている。なお本発明において逆流防止弁２６は必須ではない。またスクリュ２２の逆流防止弁２６が設けられた部分の前方にはスクリュヘッド２７が設けられている。スクリュヘッド２７は円錐形状の円錐部からなっている。なおスクリュヘッド２７は後述するトーピード２８の凹部２９に嵌合されるものであれば、完全な円錐形状でなくてもよい。

加熱筒１６内に設けられた溶融材料供給部材であるスクリュ２２が最大限前方へ移動した位置（前進限）よりも更に前方の位置には、トーピード２８が設けられている。トーピード２８は、外周部３０の直径が加熱筒１６の内孔よりも小径となっており、トーピード２８の設けられた部分において加熱筒１６内の流路の断面積が狭くなっている。トーピード２８は、外側は円筒形をしており加熱筒１６の方向に長手方向を向けて固定されている。トーピード２８の取付方法は、加熱筒１６の内孔１６ａ側から軸芯側に向けて形成された図示しない複数の支持部により加熱筒１６内に固定支持されている。トーピード２８は溶融材料供給部材であるスクリュ２２の先端のスクリュヘッド２７の側が、テーパー状の凹部２９が形成されている。そして凹部２９に連通してトーピード２８の内部には内部流路３１が形成されている。ここでは内部流路３１は、トーピード２８の軸芯に沿って前方に向けて形成された直進部３１ａと、トーピード２８の前後方向の中央部分で、外周側に向けて４方向に向けて流路が形成された分岐部３１ｂからなっている。そして内部流路３１のうちの分岐部３１ｂは、トーピード２８の外周部３０のうちの円筒部３０ａに開口している。なお前記分岐部３１ｂの本数は２〜６が適切である。

なお図２の応用例に示されるようにトーピード２８の内部流路３１の分岐部３１ｂは、外周部３０のうちの前方の円錐部３０ｂに接続されるようにしてもよい。このことにより内部流路３１を流れる溶融樹脂が流動抵抗を受けにくくなる。また更に内部流路３１の直進部３１ａの数も一には限定されない。図３の更に別の応用例に示されるように、複数本の内部流路３１ｃがそれぞれ分岐しないで外周部３０に直接接続されるようにしてもよい。いずれにしても内部流路３１が外周部３０のいずれかの部分に開口されることにより、別途外周側に形成される外周流路３２との合流部を形成する。

またトーピード２８の外周部３０と加熱筒１６の内孔１６ａ（シリンダヘッド部２１の凹部２１ａ内を含む）との間には外周流路３２が形成されている。外周流路３２は前記支持部以外の部分はトーピード２８の後方から前方に向けて全周に形成されている。従ってトーピード２８の前後方向の中央よりも後ろの部分では内周流路３１と外周流路３２が少なくとも一部において並行して設けられることになる。なお内部流路３１は、凹部２９よりも前方で前記外周流路３２に接続されるものであればよい。また内周流路３１は、少なくとも一部が外周流路３２に接続されていればよく、一部の内周流路３１がトーピード２８の軸芯が貫通したものを除外するものではない。

またトーピード２８の前後方向の中央は、円筒形であるが、それよりも更に前方のトーピード２８の全長に対して１／３〜１／１０程度の長さの部分は、シリンダヘッド側の凹部２１ａの形状に対応した円錐形状をした円錐部３０ｂ（突起部）となっている。また本実施形態では、トーピード２８の外周部３０の全域には複数の突部３３が形成されている。本実施形態では突部は溶融材料の流動方向に長手方向が向けられた楕円形状である。そしてトーピード２８の後方側よりも前方側のほうほど突部の数が増加するように形成されている。また円錐部３０ｂにも前記突部が形成されている。なお突部の形状は楕円形に限らず、円形、５角以上の多角形、長方形、三角形等でもよい。またトーピード２８の径を若干大きくして窪みを多数設けたものでもよい。また加熱筒１６の内孔１６ａの側に突部や凹凸を設けたものでもよい。更に本発明において突部は必須ではない。

次に本実施形態の溶融材料供給装置である射出装置１２を用いた計量および射出（材料供給）ついて説明する。本実施形態で使用される材料は、ガラス繊維と熱可塑性のペレットが別々に供給されたものである。ただし熱可塑性のペレット自体にガラス繊維を含有したものでもよい。供給装置１９から材料供給孔１８を介して加熱筒１６内に供給され、溶融材料供給部材であるスクリュ２２が計量用モータの作動により回転されるとフィードゾーン２３、コンプレッションゾーン２４、メタリングゾーン２５の順に送られたガラス繊維と熱可塑性樹脂はメタリングゾーン２５でほぼ完全に溶融されて開放された逆流防止弁２６を介してスクリュ２２の前方に送られる。

この際に溶融材料供給部であるスクリュ２２には射出用モータにより背圧が掛けられており、スクリュ２２の後退とともにトーピード２８の凹部２９の側とスクリュ２２のスクリュヘッド２７との間の間隔が広がりガラス繊維の含有した溶融樹脂（溶融材料）がその部分に貯留される。射出装置１２は、計量工程が終了すると、金型１４内の成形品が取り出されて再度型締がなされるまで待機する。そして次に射出工程が開始されると射出装置は射出モータが作動して、スクリュ２２を高速で前進させる。その結果溶融樹脂は、加熱筒１６内のトーピード２８の部分を介してノズル１５から金型１４内へ射出される。この際逆流防止弁２６は後方に移動してスクリュ先端側からフライト側への溶融樹脂の流動を遮断する。

射出の際、ガラス繊維の含有した溶融樹脂はトーピード２８の内部流路３１と外周流路３２から並行して前方に送られる。そしてトーピード２８の前後方向のほぼ中央部分で内部流路３１の分岐流路３１ｂは前記外周流路３２に接続されていることから、内部流路３１と外周流路３２から送られてきた溶融樹脂は合流して混合される。しかしそれに対して特許文献２ではこういった流れは起きない。またトーピード２８の外周部３０の円筒部３０ａや円錐部３０ｂにも突部３３や凹部が形成されることにより、トーピード２８の後方から前方へ溶融樹脂が送られるうちに良好に混合がなされる。そしてスクリュ２２が前進される圧力によりトーピード２８の前方からノズル孔１５ａを介して金型１４のキャビティ内に溶融樹脂が射出充填される。またスクリュヘッド２７はトーピード２８の凹部２９内に収納される形で射出および保圧が終了する場合が多い。従ってトーピード２８の後方部分に溶融樹脂が滞留しにくい。

次に図４の別の実施形態の溶融材料供給装置５１のトーピード５２について説明する。図４の溶融材料供給装置５１は、図示しない可塑化装置が別に設けられたプランジャ装置５３であり、可塑化装置とは連絡通路５４で接続されている。そしてプランジャ装置５３の加熱筒５５内には溶融材料供給部材であるピストン（プランジャ）５６が前後進可能に内蔵されている。図４では、トーピード５２は、加熱筒５５内（シリンダヘッドを含む）には設けられておらず、その全部またはほとんど全部がノズル５７内に設けられている。トーピード５２の形状としては、図１ないし図３に記載されたものやそれらの技術思想を有するものが採用可能であり、トーピード５２の部分には内部流路５８と外部流路５９が並行して設けられる。またトーピード５２の後方部分は凹部６０となっていて内部流路５８に連通されている。またスクリュが設けられた射出成形機において図４のノズル内のトーピードを設けてもよい。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。図４に記載したように溶融材料供給装置の溶融材料供給部材についてはスクリュ以外に回転不能なプランジャでもよい。その場合、トーピードの後方とプランジャの間に別の可塑化装置から溶融材料流路が接続され、溶融材料供給部材であるプランジャの前に貯留されることが一般的である。またはスクリュインプランジャ装置の構造のものでもよい。

溶融材料供給装置の溶融材料供給部材であるスクリュについては回転のみ可能であって、前後進不能な押出機のスクリュであってもよい。その場合であっても、溶融材料は、前記トーピードの凹部に連通される内部流路と、トーピードと外周部との間に形成される外周流路との間を通過して前方へ継続的に供給され、その間に混合がなされる。溶融材料供給装置により溶融される材料は、熱可塑性または熱硬化性の樹脂に炭素繊維、ガラス繊維等の繊維材料を混ぜたものを混合することを主な目的とするが、樹脂同士の混合を良好にするものでもよく、一部または全部が樹脂以外の材料を混合するものでもよい。

１１ 射出成形機
１２ 射出装置（溶融材料供給装置）
１６ 加熱筒
１６ａ 内孔
２２ スクリュ
２８ トーピード
２９ 凹部
３０ 外周部
３１ 内部流路
３２ 外周流路

Claims (3)

1. 加熱筒内に設けられた溶融材料供給部材の前方の流路の断面積を狭くするトーピードが設けられた溶融材料供給装置において、
   前記トーピードは溶融材料供給部材の側に凹部が形成され、
   前記凹部に連通して前記トービートの内部に形成される内部流路と、前記トーピードの外周側に形成される外周流路とが少なくとも一部において並行して設けられていることを特徴とする溶融材料供給装置。
2. 前記内部流路の少なくとも一部は前記外周流路に接続されることを特徴とする請求項１に記載の溶融材料供給装置。
3. 前記溶融材料供給部材の先端の円錐部はトーピードの凹部に挿入可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶融材料供給装置。